基于可重构计算的高可靠星载计算机体系结构研究
发布时间：2023-04-22 12:50
空间技术的发展对于全人类和世界各个国家具有极为重要的意义。它不仅是一个国家综合国力和尖端科技实力的体现,而且对国家的军事、国防和经济有着重要影响。近年来,世界上许多国家都先后启动了大规模的空间技术研究计划,包括火星探测、载人飞行和登月等。星载计算系统是计算机技术在空间环境下的应用,负责完成空间飞行器的控制和数据处理任务。由于空间环境的恶劣条件,从而对星载计算系统在性能、可靠性和成本上提出了巨大的挑战。在高昂的研究与制造费用、有限的硬件资源下,要确保海量数据处理的高可靠性是一项困难又关键的任务。设计一个高速、可靠并且在成本上可接受的星载数据处理系统对于宇宙科学探索及完成预定科学任务具有重大意义。 本文以空间太阳望远镜(SST, Space Solar Telescope)项目为背景,研究支持海量数据处理、具有高可靠性和高性能的星载计算机体系结构,系统故障检测和修复方法及其可靠性理论分析。在研究分析可重构技术发展及其特点的基础上,指出高速、灵活的动态可重构技术能很好地满足星载计算系统在高可靠性和高性能两个方面的要求。提出了一种以LEON 2处理器核为基础的模块化动态可重构体系结构,以增强星...
【文章页数】：122 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题来源、目的及意义
1.2 研究内容及主要工作
1.3 论文结构
第2章 相关研究综述
2.1 引言
2.2 星载计算机系统的发展、特点及挑战
2.3 可重构技术发展和研究现状
2.3.1 可重构计算问题的提出
2.3.2 可重构硬件技术的发展
2.3.3 可重构计算研究现状
2.3.3.1 可编程器件的结构、重构方法及耦合方式
2.3.3.2 可重构计算的应用研究
2.4 可重构计算在空间应用系统中重要作用
2.4.1 可重构计算系统的高处理性能
2.4.2 可重构计算系统的高可靠性
2.4.3 可重构计算技术的空间应用实例
2.5 小结
第3章 基于动态可重构的星载数据处理系统体系结构
3.1 引言
3.2 体系结构及方法研究
3.2.1 相关体系结构
3.2.2 可重构系统中的动态冗余结构
3.3.55 T 数据处理系统的体系结构
3.3.1 ＳＳＴ数据处理系统的总体框架
3.3.2 重构控制单元及其结构
3.3.3 基于反馈的寄存器纠错机制
3.3.4 动态可重构的模块化结构
3.3.4.1 LEON2处理器IP核
3.3.4.2 基于LEON2的系统结构
3.3.4.3 协处理器模块
3.3.4.4 模块化结构与动态重构
3.4 小结
第4章 可重构星载计算系统故障检测、修复和可靠性分析
4.1 引言
4.2 星载系统故障及现有解决方案
4.2.1 主要故障类型与现有容错方法
4.2.2 FPGA容错技术
4.2.3 可重构星载计算系统容错技术
4.3 可重构计算系统故障检测和修复方案
4.3.1 ＴＭＲ结构的改进
4.3.2 基于配置数据的故障检测和修复
4.3.2.1 基于配置数据的故障检测方法
4.3.2.2 基于JBits的配置数据操作方案
4.3.2.3 基于配置数据的故障修复方法
4.4 系统可靠性分析
4.4.1 可靠性基础理论
4.4.2 可修复系统的Markov模型
4.4.3 可靠性结果分析
4.5 小结
第5章 动态重构模块化设计
5.1 引言
5.2 基本开发模式
5.3 动态重构模块化设计方法及关键问题
5.3.1 设计方法
5.3.2 动态重构的关键问题
5.3.2.1 模块划分与设计约束
5.3.2.2 配置数据的产生与加载
5.3.2.3 模块间通信
5.4 小结
第6章 动态重构系统的实现
6.1 引言
6.2 硬件开发平台和工具
6.2.1 硬件开发平台
6.2.2 开发工具
6.3 动态重构实现机制
6.4 动态可重构模块化系统实现
6.4.1 LEON2系统的实现
6.4.1.1 LEON 2处理器和基于LEON 2的计算系统
6.4.1.2 LEON 2的移植
6.4.1.3 系统仿真
6.4.1.4 综合以及布局布线
6.4.2 模块化动态可重构系统
第7章 测试与实验
7.1 动态重构系统测试
7.1.1 建立软件开发环境，编写测试程序
7.1.2 仿真测试
7.1.3 基于开发板的测试
7.1.4 FFT实例的系统性能比较
7.1.4.1 FFT算法的实现方案
7.1.4.2 系统性能计算与比较
7.2 布线故障修复实验
7.2.1 实验方法
7.2.2 实验结果
7.2.3 可靠性分析
第8章 总结与展望
8.1 工作总结和贡献
8.2 工作展望
参考文献
致谢
附录A 攻读学位期间所发表的学术论文
本文编号：3797670
【文章页数】：122 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题来源、目的及意义
1.2 研究内容及主要工作
1.3 论文结构
第2章 相关研究综述
2.1 引言
2.2 星载计算机系统的发展、特点及挑战
2.3 可重构技术发展和研究现状
2.3.1 可重构计算问题的提出
2.3.2 可重构硬件技术的发展
2.3.3 可重构计算研究现状
2.3.3.1 可编程器件的结构、重构方法及耦合方式
2.3.3.2 可重构计算的应用研究
2.4 可重构计算在空间应用系统中重要作用
2.4.1 可重构计算系统的高处理性能
2.4.2 可重构计算系统的高可靠性
2.4.3 可重构计算技术的空间应用实例
2.5 小结
第3章 基于动态可重构的星载数据处理系统体系结构
3.1 引言
3.2 体系结构及方法研究
3.2.1 相关体系结构
3.2.2 可重构系统中的动态冗余结构
3.3.55 T 数据处理系统的体系结构
3.3.1 ＳＳＴ数据处理系统的总体框架
3.3.2 重构控制单元及其结构
3.3.3 基于反馈的寄存器纠错机制
3.3.4 动态可重构的模块化结构
3.3.4.1 LEON2处理器IP核
3.3.4.2 基于LEON2的系统结构
3.3.4.3 协处理器模块
3.3.4.4 模块化结构与动态重构
3.4 小结
第4章 可重构星载计算系统故障检测、修复和可靠性分析
4.1 引言
4.2 星载系统故障及现有解决方案
4.2.1 主要故障类型与现有容错方法
4.2.2 FPGA容错技术
4.2.3 可重构星载计算系统容错技术
4.3 可重构计算系统故障检测和修复方案
4.3.1 ＴＭＲ结构的改进
4.3.2 基于配置数据的故障检测和修复
4.3.2.1 基于配置数据的故障检测方法
4.3.2.2 基于JBits的配置数据操作方案
4.3.2.3 基于配置数据的故障修复方法
4.4 系统可靠性分析
4.4.1 可靠性基础理论
4.4.2 可修复系统的Markov模型
4.4.3 可靠性结果分析
4.5 小结
第5章 动态重构模块化设计
5.1 引言
5.2 基本开发模式
5.3 动态重构模块化设计方法及关键问题
5.3.1 设计方法
5.3.2 动态重构的关键问题
5.3.2.1 模块划分与设计约束
5.3.2.2 配置数据的产生与加载
5.3.2.3 模块间通信
5.4 小结
第6章 动态重构系统的实现
6.1 引言
6.2 硬件开发平台和工具
6.2.1 硬件开发平台
6.2.2 开发工具
6.3 动态重构实现机制
6.4 动态可重构模块化系统实现
6.4.1 LEON2系统的实现
6.4.1.1 LEON 2处理器和基于LEON 2的计算系统
6.4.1.2 LEON 2的移植
6.4.1.3 系统仿真
6.4.1.4 综合以及布局布线
6.4.2 模块化动态可重构系统
第7章 测试与实验
7.1 动态重构系统测试
7.1.1 建立软件开发环境，编写测试程序
7.1.2 仿真测试
7.1.3 基于开发板的测试
7.1.4 FFT实例的系统性能比较
7.1.4.1 FFT算法的实现方案
7.1.4.2 系统性能计算与比较
7.2 布线故障修复实验
7.2.1 实验方法
7.2.2 实验结果
7.2.3 可靠性分析
第8章 总结与展望
8.1 工作总结和贡献
8.2 工作展望
参考文献
致谢
附录A 攻读学位期间所发表的学术论文
本文编号：3797670
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jisuanjikexuelunwen/3797670.html
